CN117897300A - 用于确定电能存储器的可用性的方法、电能存储器和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定电能存储器的可用性的方法，所述电能存储器具有至少一个电能存储器单元和至少一个传感器，其中，预设用于电能存储器的需要的功率特性，其中特别地，借助于所述需要的功率特性来确定需要的功率，其中，将电能存储器的预期电压与电能存储器的最小电压极限值进行比较并且/或者将当前的最小充电状态(SOCmin)与电能存储器的用于需要的功率特性所必要的充电状态(SOCtab)进行比较，其中，输出比较的结果，尤其是所述电能存储器是否具有用于所述需要的功率特性所必要的可用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定电能存储器的可用性的方法、一种电能存储器和一种设备。
背景技术
DE 10 2014 103 803 A1公开了一种电池状态评估器，其将电化学固态浓度模型与经验等效电路模型相结合。
US2016/0055736 A1示出了一种改进的电池预警系统和电池监控系统。
DE 10 2010 024 241 A1公开了一种使用具有多个电池单元的车辆电池堆的方法。
发明内容
对于用于确定具有至少一个电能存储器单元和至少一个传感器的电能存储器的可用性的方法而言，本发明的核心在于，预设用于电能存储器的需要的功率特性，其中特别地，借助于需要的功率特性来确定需要的功率，其中，将电能存储器的预期电压与电能存储器的最小电压极限值进行比较并且/或者将当前的最小充电状态与电能存储器的用于需要的功率特性所必要的充电状态进行比较，其中，输出比较结果，尤其是电能存储器是否具有用于需要的功率特性所必要的可用性。
本发明的背景是，能够以提高的准确性确定电能存储器的可用性。
由此能够有利地可靠地表明，电能存储器的可用功率是否足以用于例如至少部分地电力驱动的车辆的自主驾驶操纵。
本发明的另外的有利实施方式是从属权利需要的主题。
根据有利的设计方案，如果电能存储器的预期电压大于电能存储器的最小电压极限值并且/或者如果当前的最小充电状态大于电能存储器的用于需要的功率特性所必要的充电状态，则电能存储器的可用性足以用于需要的功率特性。因此能够明确地表明电能存储器的可用性。
在此有利的是，在将电能存储器的预期电压与电能存储器的最小电压极限值进行比较时并且/或者在将当前的最小充电状态与电能存储器的用于需要的功率特性所必要的充电状态进行比较时，使用相应的迟滞阈值。在预期电压在最小电压极限值附近波动时或者在当前的最小充电状态在电能存储器的用于需要的功率特性所必要的充电状态附近波动时，借助于该迟滞阈值能够在判定电能存储器的可用性时避免闪变(Flackern)。为此，将迟滞阈值与相应的参考值相加或者从相应的参考值中减去，从而限定与预期电压或当前的最小充电状态进行比较的值域。
有利地，将预期电流确定为由需要的功率与电能存储器的预期电压形成的商。
此外有利的是，借助于电化学电池模型从电能存储器单元的预期电流和状态参数确定预期单元电压并且从所有电能存储器单元的预期单元电压中确定电能存储器的预期电压。在此，在确定预期电压时能够借助于电化学电池模型来提高准确性。
有利地，在时间上反复地重复所述方法的至少个别的方法步骤，其中，电能存储器的借助于电化学电池模型确定的预期电压用于确定预期电流。因此，在确定预期电流时能够随着每次运行所述方法提高准确性。此外，在需要的功率特性动态波动的情况下，能够使可用性的预测与功率特性相适配。
根据一种有利设计方案，使用电能存储器单元的开路电压和电压降来确定预期单元电压，其中特别地，借助于电能存储器单元的欧姆电阻、电荷转移电阻和扩散电阻来确定电能存储器单元的开路电压和电压降。有利地，电能存储器单元的欧姆电阻、电荷转移电阻和扩散电阻能够从电能存储器单元的数据页中得知。
根据另一种有利设计方案，使用电能存储器单元的电压降、欧姆电阻、开路电压、温度和电能存储器单元的电容作为用于确定电能存储器的预期电压的输入参数。由此能够在确定可用性时进一步提高准确性。
此外有利的是，电能存储器单元的预期单元电压是由电能存储器单元的预期开路电压与电能存储器单元的预期扩散电压形成的总和。
在此有利的是，借助于对预期电流的时间积分、电能存储器单元的电容和电能存储器单元的充电状态来确定电能存储器单元的预期开路电压和电能存储器单元的预期扩散电压。由此能够在确定可用性时进一步提高准确性。
根据另一种有利设计方案，在所述方法开始时创建数据库或表格，该数据库或表格具有与在相应温度下的电能存储器的充电状态相关的、用于电能存储器的可用性的预校准值，其中特别地，该数据库或表格存储在电能存储器的存储介质中，其中，借助于需要的功率特性和电能存储器的当前温度从该数据库或表格中确定针对电能存储器的用于执行需要的功率特性所必要的充电状态。由此，在确定可用性时能够实现高准确性，同时实现低耗费。
此外有利的是，在所述方法开始时检查电能存储器是否具有低于最大温度的温度并且能够获取电能存储器的初始充电状态。
对于电能存储器而言，本发明的核心在于，电能存储器的可用性能够借助于如前面描述的或者根据与所述方法相关的权利要求中任一项所述的方法来确定。
为此，电能存储器有利地具有控制单元，该控制单元设立用于至少部分地执行所述方法。
本发明的背景是，能够以提高的准确性确定电能存储器的可用性。
对于设备、尤其是车辆而言，本发明的核心在于，该设备具有如前面描述的或根据与电能存储器相关的权利要求中任一项所述的电能存储器。
本发明的背景是，能够以提高的准确性确定电能存储器的针对设备的功率需要的可用性。
由此能够有利地预测电能存储器的可用性是否足以用于车辆的自主驾驶操纵。由此在驾驶操纵期间能够避免车辆的失灵。
前述设计方案和改型方案在合理的情况下能够任意相互结合。本发明其他可行的设计方案、改型方案和实施方案也包括本发明的在前面或下文中关于实施例所描述的特征的未明确提及的组合。在此特别地，本领域的技术人员也能够将单个方面作为改进方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式中。
附图说明
在下面的章节中，根据实施例对本发明进行阐述，从这些实施例中能够得到进一步的发明特征，但本发明在其范围方面不限于此。这些实施例在附图中示出。其中：
图1示出了根据本发明的用于确定电能存储器的可用性的方法的第一实施例的示意性流程图；
图2示出了根据本发明的用于确定电能存储器的可用性的方法的第二实施例的示意性流程图；
图3示出了根据本发明的用于确定电能存储器的可用性的方法的第三实施例的示意性流程图；以及
图4示出了对于根据本发明的方法的第三实施例的用于预测单元电压Ucell,pred的方法步骤的示意性流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于确定电能存储器的可用性的方法的第一实施例的示意性流程图，该电能存储器具有多个电能存储器单元和至少一个传感器，尤其是电流传感器、电压传感器和温度传感器。
电能存储器单元优选以串联连接的方式布置，其中，每个电能存储器单元具有自己的电压传感器，并且电能存储器具有唯一的电流传感器和温度传感器。
替代地，在电能存储器中也能够布置多个温度传感器，并且/或者每个电能存储器单元或电能存储器单元的部分集合(Teilmenge)能够相应地具有电流传感器和/或温度传感器。
根据第一实施例，在该方法开始时创建数据库或表格，该数据库或表格具有用于电能存储器的功率可用性的、与在相应的温度下电能存储器的充电状态相关的预校准值。该数据库或表格存储在电能存储器的存储介质中。
在该方法的第一方法步骤中，检查电能存储器是否具有低于最大温度Tmax的温度T并且能够获取电能存储器的初始充电状态SOCin。
在第二方法步骤中，获得用于电能存储器的需要的功率特性(Leistungsprofil)、例如车辆的自主驾驶请求。借助于需要的功率特性和电能存储器的当前温度T，从数据库或表格中确定针对电能存储器的用于执行需要的功率特性所必要的充电状态SOCtab。
在第三方法步骤中，获得电能存储器的当前的最小充电状态SOCmin。在此，电能存储器的最小充电状态SOCmin优选对应于电能存储器的所有电能存储器单元的充电状态的最小值。
在第四方法步骤中，将当前的最小充电状态SOCmin与必要的充电状态SOCtab进行比较，以便判定电能存储器是否具有足够的功率可用性用于需要的功率特性。为此，在该方法开始时，电能存储器的最小充电状态SOCmin必须大于由必要的充电状态SOCtab和迟滞阈值形成的总和，并且最小充电状态SOCmin在该方法期间不允许低于由必要的充电状态SOCtab和迟滞阈值形成的差。迟滞阈值例如是必要的充电状态SOCtab的0.1％至5％。
在第五方法步骤中，输出比较的结果，即电能存储器是否具有用于需要的功率特性所必要的功率可用性。
图2中示意性示出了根据本发明的方法的第二实施例。
在第一方法步骤中，再次获取用于电能存储器的需要的功率特性Pprof、例如车辆的自主驾驶请求。借助于需要的功率特性Pprof确定需要的最大功率Preq。
在第二方法步骤中，将预期电流Ipred确定为由需要的最大功率Preq与电能存储器的预期电压Upack,pred形成的商。
在第三方法步骤中，借助于电化学电池模型BM从电能存储器单元的预期电流Ipred和状态参数、尤其是电能存储器单元的充电状态SOCcell和温度Tcell来确定预期单元电压Ucell,pred。
为此，使用电能存储器单元的开路电压和电压降，其借助于欧姆电阻、电荷转移电阻和扩散电阻来确定。这些电阻例如能够从电能存储器单元的数据页中读取或得知。
在第四方法步骤中，从所有电能存储器单元的预期单元电压Ucell,pred确定电能存储器的预期电压Upack,pred、例如确定为在电能存储器单元纯串联连接的情况下的所有电能存储器单元的预期单元电压Ucell,pred的总和。
在第五方法步骤中，将电能存储器的预期电压Upack,pred与电能存储器的最小电压极限值进行比较。在此，如果电能存储器的预期电压Upack,pred大于电能存储器的最小电压极限值，则电能存储器的功率可用性对于需要的功率特性Pprof而言是足够的。
在第六方法步骤中，输出比较的结果，即电能存储器是否具有用于需要的功率特性所必要的功率可用性。
优选地，该方法随后继续第二方法步骤，并且使用来自第四方法步骤的电能存储器的预期电压Upack,pred来确定预期电流Ipred。
图3中示出了根据本发明的方法的第三实施例。
作为对该方法的第二实施例的补充方案，在第三实施例中，借助于电化学电池单元模型CM来确定在该方法开始时的电压降Udropinit和欧姆电阻Rinit以及电能存储器单元的当前开路电压OCVact，该电化学电池单元模型在此将电能存储器单元的当前温度Tcell考虑在内。
借助于温度传感器ST确定电能存储器单元的当前温度Tcell。
从电能存储器单元的数据页Ccell,tab中获取电能存储器单元的当前电容C。在此，当前电容C是电能存储器单元的由于其老化而在该方法的当前时间点所具有的电容。
使用在该方法开始时的电压降Udropinit和欧姆电阻Rinit以及当前的开路电压OCVact、电能存储器单元的当前温度Tcell和电能存储器单元的当前电容C作为用于确定电能存储器的预期电压Upack,pred的输入参数。
如在第二实施例中那样，由预期单元电压Ucell,pred来确定电能存储器的预期电压Upack,pred并且将其与电能存储器的最小电压极限值进行比较。在此，如果电能存储器的预期电压Upack,pred大于电能存储器的最小电压极限值，则电能存储器的功率可用性对于需要的功率特性Pprof而言是足够的。
随后输出比较的结果，即电能存储器是否具有用于需要的功率特性所必要的功率可用性。
图4中详细示出了根据第三实施例的用于预测单元电压Ucell,pred的方法步骤。
对作为由需要的最大功率Preq与电能存储器的预期电压Upack,pred形成的第一商的预期电流Ipred在时间t上进行积分，并且由该积分和电能存储器单元的当前电容C产生第二商。
确定电能存储器的当前充电状态SOCact并且将其与第二商相加。这个总和对应于电能存储器单元的用于需要的功率特性Pprof所必要的充电状态SOC。
借助于必要的充电状态SOC，确定电能存储器单元的预期开路电压UOCV.pred。
从数据库中借助于需要的充电状态SOC和单元温度Tcell来确定电能存储器单元在其使用寿命结束时的电阻REOL。电能存储器单元的预期扩散电压Udiff.pred确定为由电能存储器单元在其寿命结束时的电阻REOL与预期电流Ipred形成的积。
然后，由电能存储器单元的预期开路电压UOCV.pred与预期扩散电压Udiff.pred形成的总和得出预期单元电压Ucell,pred。
在这里“电能存储器”理解为可再充电的能量存储器，尤其是具有电化学能量存储器单元和/或具有至少一个电化学能量存储器单元的能量存储器模块和/或具有至少一个能量存储器模块的能量存储器组。能量存储器单元能够实施为基于锂的电池单元、尤其是锂离子电池单元。替代地，能量存储器单元实施为锂聚合物电池单元或镍金属氢化物电池单元或铅酸电池单元或锂空气电池单元或锂硫电池单元。
在这里“车辆”理解为陆上运输工具、例如轿车或载重车，或者空中运输工具或水中运输工具，尤其是至少部分电驱动的车辆。车辆例如是具有纯电驱动装置的电池电力驱动车辆，或者是具有电驱动装置和内燃机的混合动力车辆。
Claims (13)
1.用于确定电能存储器的可用性的方法，所述电能存储器具有至少一个电能存储器单元和至少一个传感器，
其中，预设用于所述电能存储器的需要的功率特性(Pprof)，其中特别地，借助于所述需要的功率特性(Pprof)来确定需要的功率(Preq)，
其中，将所述电能存储器的预期电压(Upack,pred)与所述电能存储器的最小电压极限值进行比较，并且/或者将当前的最小充电状态(SOCmin)与电能存储器的用于所述需要的功率特性所必要的充电状态(SOCtab)进行比较，
其中，输出比较的结果，尤其是所述电能存储器是否具有用于所述需要的功率特性(Pprof)所必要的可用性。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
如果所述电能存储器的预期电压(Upack,pred)大于所述电能存储器的最小电压极限值，则所述电能存储器的可用性对于所述需要的功率特性(Pprof)而言是足够的，
并且/或者
如果当前的最小充电状态(SOCmin)大于所述电能存储器的用于需要的功率特性所必要的充电状态(SOCtab)，则所述电能存储器的可用性对于需要的功率特性(Pprof)而言是足够的。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
在将所述电能存储器的预期电压(Upack,pred)与所述电能存储器的最小电压极限值进行比较时并且/或者在将当前的最小充电状态(SOCmin)与所述电能存储器的用于需要的功率特性所必要的充电状态(SOCtab)比较时，使用相应的迟滞阈值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
将预期电流(Ipred)确定为由需要的功率(Preq)与所述电能存储器的预期电压(Upack,pred)形成的商。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
借助于电化学电池模型(BM)由所述电能存储器单元的预期电流(Ipred)和状态参数来确定预期单元电压(Ucell,pred)，并且由所有电能存储器单元的预期单元电压(Ucell,pred)来确定所述电能存储器的预期电压(Upack,pred)。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
在时间上反复地重复所述方法的方法步骤，其中，使用借助于电化学电池模型(BM)确定的、所述电能存储器的预期电压(Upack,pred)来确定预期电流(Ipred)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，
其特征在于，
使用所述电能存储器单元的开路电压和电压降来确定预期单元电压(Ucell,pred)，其中特别地，借助于所述电能存储器单元的欧姆电阻、电荷转移电阻和扩散电阻来确定所述电能存储器单元的开路电压和电压降。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，
其特征在于，
使用所述电能存储器单元的电压降(Udropinit)、欧姆电阻、开路电压(OCVact)、温度(Tcell)和电容(C)作为用于确定所述电能存储器的预期电压(Upack,pred)的输入参数。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
电能存储器单元的预期单元电压(Ucell,pred)是由所述电能存储器单元的预期开路电压(UOCV.pred)与所述电能存储器单元的预期扩散电压(Udiff.pred)形成的总和，其中特别地，所述电能存储器单元的预期开路电压(UOCV.pred)和所述电能存储器单元的预期扩散电压(Udiff.pred)借助于对预期电流(Ipred)的时间积分、所述电能存储器单元的电容(C)和所述电能存储器单元的充电状态(SOCact)来确定。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述方法开始时，创建数据库或表格，所述数据库或表格具有与在相应的温度(T)下所述电能存储器的充电状态(SOCtab)相关的、用于所述电能存储器的可用性的预校准值，其中特别地，所述数据库或表格存储在所述电能存储器的存储介质中，
其中，借助于所述需要的功率特性(Pprof)和所述电能存储器的当前温度(T)从所述数据库或表格中确定针对所述电能存储器的用于执行需要的功率特性(Pprof)所必要的充电状态(SOCtab)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述方法开始时，检查所述电能存储器是否具有低于最大温度(Tmax)的温度(T)并且能够获取所述电能存储器的初始充电状态(SOCin)。
12.电能存储器，其具有电能存储器单元和至少一个传感器，
其特征在于，
所述电能存储器的可用性能够借助于根据前述权利要求中任一项所述的方法来确定。
13.设备、尤其是车辆，其具有根据权利要求12所述的电能存储器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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